24V开关电源引起电磁兼容性的原因


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24V工作在高电压大电流的开关工作状态下,其引起电磁兼容性问题的原因是相当复杂的。从整机的电磁兼容性讲,主要有共阻抗耦合、线间耦合、电场耦合、磁场耦合电磁波耦合几种。电磁兼容产生的三个要素为:搔扰源、传播途径及受搔扰体。共阻耦合主要是搔扰源与受搔扰体在电气上存在的共同的阻抗,通过该阻抗使搔扰信号进入受搔扰对象。线间耦合主要是产生搔扰电压及搔扰电流的导线或PCB线,因并行布线而产生的相互耦合。

  电场耦合主要是由于电位差的存在,产生的感应电场对受搔扰体产生的耦合。磁场耦合主要是大电流的脉冲电源线附近,产生的低频磁场对搔扰对象产生的耦合。而电磁场耦合,主要是由于脉动的电压或电流产生的高频电磁波,通过空间向外辐射,对相应的受搔扰体产生的耦合。实际上,每一种耦合方式是不能严格区分的,只是侧重点不同而已。

  在24V开关电源中,主功率开关管在很高的电压下,以高频开关方式工作,开关电压及开关电流的接近方波,从频谱分析知,方波信号含有丰富的高次谐波,该高次谐波的频谱可达方波频率的1000次以上。同时,由于电源变压器的漏电感及分布电容,以及主功率开关器件的工作状态非理想,在高频开或关时,常常产生高频高压的尖峰谐波振荡,该谐波振荡产生的高次谐波,通过开关管与散热器间的分布电容传入内部电路或通过散热器及变压器向空间辐射。

  用于整流及续流二级管,也是产生高频搔扰的一个重要原因。因整流及续流二极管工作在高频开关状态,由于二极管的引线寄生电感、结电容的存在以及反向恢复电流的影响,使之工作在很高的电压及电流变化率下,且产生高频振荡。因整流及续流二极管一般离电源输出线较近,其产生的高频搔扰最容易通过直流输出线传出。

  为了提高24V开关电源功率因数,均采用了有源功率因数效正电路。同时,为了提高电路的效率及可靠性,减小功率器件的电应力,大量的采用了软开关技术。其中零电压、零电流或零电流开关技术应用最为广泛。该技术极大的降低了开关器件所产生的电磁搔扰。但是,软开关无损吸收电路,多数利用L、C进行能量转移,利用二极管的单向导电性能实现能量的单向转换,因而,该谐振电路中的二极管成为电磁搔扰的一大搔扰源。

  24V开关电源中,一般利用储能电感及电容器,组成L、C滤波电路,实现对差模及共模搔扰信号的滤波,以及交流方波信号转换为平滑的直流信号。由于电感线圈的分布电容,导致了电感线圈的自谐振频率降低,从而使大量的高频搔扰信号穿过电感线圈,沿交流电源线或直流输出线向外传播。滤波电容器,随着搔扰信号频率的上升,由于引线电感的作用,导致电容量及滤波效果不断的下降,直至谐振频率以上时,完全失去电容器的作用而变为感性。不正确的使用滤波电容及引线过长,也是产生电磁搔扰的一个原因。

  由于24V功率密度高、智能化程度高,带MCU微处理器,因而,从高至近千伏的电压信号,到低至几伏的电压信号;从高频的数字信号,至低频的模拟信号,电源内部的场分布相当复杂。PCB布线不合理、结构设计不合理、电源线输入滤波不合理、输入输出电源线布线不合理及CPU、检测电路的设计不合理,均会导致系统工作的不稳定或如静电放电、电快速瞬变脉冲群、雷击、浪涌及传导搔扰、辐射搔扰及辐射电磁场抗扰性能力的降低。

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